北京大學化學與分子工程學院彭海琳教授團隊與北大電子學院邱晨光研究員團隊合作，研制出世界首例低功耗高性能二維環(huán)柵晶體管及邏輯單元，該晶體管的速度和能效同時超越了硅基物理極限，是世界上迄今速度最快、能耗最低的晶體管。該工作有望推動芯片領(lǐng)域新一輪技術(shù)革新，為我國先進制程集成電路制造技術(shù)發(fā)展贏得主動。相關(guān)成果日前發(fā)表于國際學術(shù)期刊《自然-材料》。
何為二維環(huán)柵晶體管？彭海琳介紹，“二維”指二維半導體材料，“環(huán)柵”指柵極全環(huán)繞包圍半導體溝道的結(jié)構(gòu)，二維環(huán)柵晶體管是未來集成電路芯片功耗縮放與性能釋放的最優(yōu)解之一。然而，當前最高水平的二維環(huán)柵晶體管的性能與功耗尚不能和主流硅基晶體管相比，同時也缺乏規(guī)?；苽涠S環(huán)柵晶體管異質(zhì)結(jié)的手段。
彭海琳團隊運用自主研發(fā)的新型高遷移率鉍基二維半導體材料（硒氧化鉍，Bi2O2Se）及其高介電常數(shù)自然氧化物柵介質(zhì)（Bi2SeO5），將其用于制作最先進的二維環(huán)柵晶體管，可謂對晶體管進行“跨代升級”。該二維半導體溝道與層狀自然氧化物柵的界面結(jié)構(gòu)原子級平整，缺陷極少，性能穩(wěn)定，能極大減少對電子散射和電流損耗，如同“內(nèi)壁光滑的水管”，讓水流在水管內(nèi)毫無阻力地高速流動?！斑@種材料的層狀氧化物的介電常數(shù)大，制成的控制柵極可以做得非常薄而不漏電，從而使所需控制電流開關(guān)的柵控電壓大幅減小，實現(xiàn)了提升算力、降低漏電的同時還將能耗降到最低?！迸砗Ａ照f。
令人振奮的是，在相同工作條件下，他們研制的鉍基二維環(huán)柵晶體管性能已超越英特爾、臺積電、三星、比利時微電子中心報道的最先進環(huán)柵晶體管?！斑@一晶體管是極少數(shù)具有與商用硅基類似優(yōu)勢的材料體系，其運算速度和能效亦超越當前商用硅基晶體管的最佳水平，更是屈指可數(shù)的由我國科學家自主研發(fā)的材料體系?！鼻癯抗獗硎?。
彭海琳告訴記者，團隊制作的二維環(huán)柵晶體管小型邏輯單元，正在為下一步規(guī)模邏輯器件量產(chǎn)積累經(jīng)驗和奠定基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段，該晶體管還可以用于制造高性能傳感器和柔性電子器件。而團隊也發(fā)現(xiàn)該二維環(huán)柵晶體管的更大潛力?！般G基二維晶體管具有豐富的科學內(nèi)涵與廣闊的應用前景，我們正開展更深入研究，隨著技術(shù)優(yōu)化，該類晶體管有望實現(xiàn)傳感、存儲、計算一體化集成功能，這種感存算一體化將引發(fā)更具競爭力的技術(shù)革新?！?/p>
（光明日報全媒體記者晉浩天）
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不積跬步無以至千里，不積小流無以成江海。一步一步一個腳印，即便封鎖、打壓甚至圍獵，我們也能踏出自己的前途與未來。
為我國科學家點贊
我們自己的科學家，一步一個腳印，一步步邁向成功，我們將會徹底打破美西方的封鎖，我們自己的芯片將會遙遙領(lǐng)先與世界，自力更生，艱苦奮斗?。。?/p>
封鎖、打壓、圍堵，壓力越大動力越足! 潛心研究，精益求精，不懼挑戰(zhàn)，勇于創(chuàng)新，以自主研發(fā)成果推動芯片技術(shù)革命！
長期被卡脖子的芯片、讓我們使出全力也要自主研發(fā)的新一代芯片技術(shù)取得如此大的突破，真的了不起！我不自覺地讓脖子轉(zhuǎn)了幾圈，不被卡的脖子舒服極了！“雄關(guān)漫道真如鐵 而今邁步從頭越”，哈哈，我國自主研發(fā)的芯片，我太自豪啦！為科學家努力拼搏點贊！
中國科學家憑二維環(huán)柵晶體管讓芯片技術(shù)邁向新高度 ，實力出圈，未來可期！